Кардан — дело тонкое

Прошло без малого 500 лет с тех пор, как итальянский ученый Джераламо Кардано (1501-1576 гг.) первым описал устройство механизма, позволяющего передавать крутящий момент под углом. Хотя механизм был еще известен Леонардо да Винчи. Со временем его стали называть «карданом».

На протяжении последующих веков шарнир совершенствовался и находил все большее применение в технике. Сегодня сотни конструктивных решений карданного шарнира применяются практически во всех отраслях техники ‒ от ручного инструмента до промышленных производств, от простейшего механизма привода оконных штор до сложнейших многотонных конструкций.

Для инженеров старшего поколения, чьи знания базируются на советском опыте, карданный вал считался, порой и до сих пор считается предельно простым механизмом. Производство подавляющего большинства карданных валов для автотракторной, железнодорожной и сельскохозяйственной техники базировалось на 8 типоразмерах крестовин.

Следовательно, многие детали были взаимозаменяемыми, а сами карданные валы стоили недорого. Правда, и их ресурс наработки был невелик. Об их ремонте никто и не помышлял, изношенный кардан просто меняли на новый. Главное было его «достать».

С поступлением в страну различной техники от мировых производителей ситуация с карданными приводами изменилась кардинально. Тысячи конструктивных решений карданных приводов, сотни типоразмеров крестовин и деталей, десятки производителей… О взаимозаменяемости, простоте и дешевизне пришлось забыть. Цены выросли до сотен, а то и тысяч евро. Сегодня эксплуатация карданов требует определенных технических знаний, а ремонт ‒ специалистов, специального оборудования и инструмента. Затраты на покупку карданных валов и их деталей, особенно в сельском хозяйстве, возросли в геометрической прогрессии.

Мы рассмотрим особенности конструкции, эксплуатации и ремонта карданных валов, применяемых в сельскохозяйственной технике.

Условия работы и задачи, выполняемые сельскохозяйственными машинами, потребовали от разработчиков карданных валов специальных конструктивных и технологических решений:

• в связи с тем, что большинство карданных валов сельхозтехники располагается в зоне возможного контакта с работниками, потребовалось защита людей от возможных травм.;
• возрастание габаритов сельскохозяйственных машин потребовало их возможности складываться в транспортное положение, а карданные валы не должны этому препятствовать;
• карданный вал должен в ходе работы изменять свою длину до 700 мм (автомобильный ‒ лишь до 100 мм). В современных карданных валах роль шлицевого соединения выполняют профильные трубы;
• классический карданный вал является шарниром не равных угловых скоростей. Другими словами, ведущая и ведомая детали карданного шарнира имеют разную частоту вращения (в зависимости от угла перегиба). Задачи, выполняемые современной сельхозтехникой, требуют не только эти частоты сравнять, но и обеспечить равные частоты вращения на углах перегиба карданного вала до 80°. На карданные валы были сконструированы широкоугольные шарниры;
• во избежание аварийного разрушения карданного вала или приводимого им иного узла при возникновении запредельных нагрузок, на карданные валы устанавливаются различного рода предохранительные муфты (обгонные, храповые, фрикционные и срезные).

Таким образом, карданный вал СХТ становится сложнейшим и недешевым механизмом, который требует постоянного обслуживания. Его отсутствие ведет к аварийному разрушению кардана, потерям финансов и времени (рис. 1-3). Сказанного, по моему мнению, достаточно, чтобы уделять карданным приводам достаточно внимания и времени для обслуживания.

Карданные валы СХТ работают при частоте вращения до 1000 об./мин и балансировке не подлежат. Это упрощает их ремонт, но в то же время конструктивные особенности требуют при ремонте специальных знаний и инструмента. Карданный привод для СХТ собирается по «принципу LEGO» из готовых деталей под конкретную задачу.

На рисунках ниже показано устройство классического (простого) карданного вала без защиты, а также кардана с предохранительной муфтой и защитным кожухом. Обратите внимание, что защита карданного вала не должна вращаться вместе с валом (фиксируется цепочками, входящими в ее комплект).

В карданных валах сельхозтехники используются профильные трубы разных типоразмеров, а также широкоугольные шарниры (равных угловых скоростей), которые содержат крестовины, разные по диаметру подшипника и по высоте. По мере износа деталей смазку шарнира рекомендуют проводить чаще (рисунок с крестовиной).

Типичная ошибка, ведущая к разрушению шарнира, – не заполнение смазкой масленки 4. Цена такой ошибки ‒ 4-8 млн руб.

В зависимости от задачи карданные валы могут комплектоваться специальными предохранительными муфтами.

Варианты устройства муфты в разрезе:

а) фрикционная муфта;

б) храповая.

Очевидно, что при всей сложности и многообразии конструкций карданных приводов, используемых в сельскохозяйственной технике, минимум технических знаний, приведенных в этой статье, плюс аккуратность в эксплуатации и добросовестность в техническом обслуживании гарантируют надежную работу вала и минимизируют затраты на его ремонт или замену.

В статье использованы личные фото автора, а также иллюстрации с интернет-ресурсов: gkn-walterscheid.de/ru, карданные-валы.рф, wikipedia.org, vipzapchasti.com.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2016 г., № 5).